JP2009227115A - 自動車運搬用移動体 - Google Patents

Abstract

【課題】自動車運搬用移動体において、動力源を確保しつつ、自動車の搭載スペースをより増大させる。
【解決手段】自動車運搬用移動体１に運搬される自動車１２は、これを駆動するモータ２０に、発電して電力を供給する燃料電池１４を有し、燃料電池１４により生じた電力を自動車運搬用移動体１の動力源とする。これにより、自動車運搬用移動体１の動力源を確保しつつ、従来の動力源である重油等の貯蔵スペースを省略することができ、自動車１２の搭載スペースをより増大させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車を搭載して運搬する自動車運搬用移動体に関する。

従来から、自動車の大量輸送においては、専用の自動車運搬用移動体、例えば船、車両、列車、そして飛行機が用いられる。

自動車運搬用移動体には、ガソリンや重油などの燃料を動力源にして駆動するものがある。このような自動車運搬用移動体には、燃料を貯蔵する貯蔵タンクが設けられている。

下記特許文献１には、燃料を船底部に積載する自動車運搬船が記載されている。

下記特許文献２には、流出油類の回収処理装置を搭載し、この装置に設けられる燃料電池により生じた電気を動力源とする船が記載されている。

特開２００４−１６１２５４号公報 特開２００１−１７３９３０号公報

燃料を動力源とする自動車運搬用移動体においては、燃料を貯蔵する貯蔵タンクが設けられているため、そのタンクが設けられる範囲については自動車を搭載することができない。一方、上記特許文献２のような電気を動力源とする自動車運搬用移動体においては、燃料を貯蔵する貯蔵タンクは必要ない。しかしながら、電気を動力源とする自動車運搬用移動体には、通常、電気を蓄えるバッテリまたは電気を発電する発電機の設置スペースが必要になり、そのスペースの範囲についても自動車を搭載することができない。

本発明の目的は、動力源を確保しつつ、自動車の搭載スペースをより増大させることができる自動車運搬用移動体を提供することにある。

本発明は、自動車を搭載して運搬する自動車運搬用移動体において、前記自動車は、これを駆動するモータに、発電して電力を供給する燃料電池を有し、前記燃料電池により生じた電力を前記移動体の動力源とすることを特徴とする。

また、前記燃料電池は、水素と酸素を電気化学反応させて発電を行う電池であることが好適である。

また、太陽エネルギを電気に変換する太陽電池と、前記太陽電池により生じた電力で水を電気分解する電気分解手段と、前記電気分解手段により生じた水素を前記燃料電池に供給する水素供給手段と、を有することができる。

また、前記移動体が船であることが好適である。

また、前記移動体が船であり、前記電気分解手段は海水または淡水を電気分解することが好適である。

また、前記燃料電池の排熱と、海水または淡水との温度差を利用して発電する温度差発電装置を有し、前記温度差発電装置により生じた電力を前記移動体の動力源とすることができる。

本発明の自動車運搬用移動体によれば、動力源を確保しつつ、自動車の搭載スペースをより増大させることができる。

以下、本発明に係る自動車運搬用移動体の実施形態について図を用いて説明する。一例として、自動車を搭載して運搬する船を挙げ、これについて説明する。なお、本発明は船に限らず、自動車を搭載して運搬する他の移動体、例えば自動車、列車、飛行機にも適用できる。

図１は、本実施形態に係る船の概略構成を示す図である。船１には、複数の自動車１２が搭載されている。船１は、原動機である船用モータ２と、これの回転力を推進力に変えるプロペラ型推進装置４とを有する。船用モータ２は、船用インバータ６を介して各自動車１２に電気的に接続される。自動車１２は、後述するように直流電力を出力することができる。各自動車１２から出力される直流電力が船用インバータ６により三相交流電力に変換され船用モータ２に供給される。そして、船用モータ２の駆動により、駆動力が船用モータ２からプロペラ型推進装置４に伝達され、船１が運行する。

本実施形態における自動車１２は、車両の走行に必要な電力を発電する燃料電池１４を有する燃料電池自動車である。

燃料電池１４の概略構成について説明する。燃料電池１４は、２種の反応ガスである燃料ガスと酸化剤ガスとを電気化学反応させて発電を行う電池である。なお、本実施形態の燃料電池１４に用いられる燃料ガスは水素であり、酸化剤ガスは空気（酸素）である。

燃料電池１４は、例えばフッ素樹脂などの高分子材料により形成されたプロトン導電性の膜体である電解質膜を有する固体高分子型の燃料電池である。この電池の単位セル（図示せず）は、電解質膜を燃料極と空気極とで挟んで構成される膜−電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）を、二枚のセパレータで更に挟んで構成される。この単位セルを複数積層することにより、燃料電池１４が構成される。

燃料電池１４内における電気化学反応について説明する。燃料極に水素が供給され、空気極に空気が供給される。燃料極では、水素がプロトンと電子に解離され、解離されたプロトンが電解質膜を、これに含まれる水を媒体として、透過して空気極に移動する。一方、空気極では、電解質膜を透過したプロトンと、燃料電池の外部回路を通って供給された電子とが、空気に含まれる酸素と反応することにより、水が生成される。この一連の電気化学反応により、燃料電池１４が発電する。

自動車１２は、上述した燃料電池１４の他に、バッテリ１６と、自動車用インバータ１８と、自動車用モータ２０とを有し、これらは、電気的に接続されている。

燃料電池１４で発電される電力は、直流電力である。この直流電力の少なくとも一部は、バッテリ１６に充電される。バッテリ１６は、充放電可能な二次電池であり、例えばニッケル水素バッテリ、リチウムイオンバッテリなどで構成される。もちろん、バッテリ１６に代えて二次電池以外の充放電可能な蓄電器、例えばキャパシタを用いることもできる。

また、燃料電池１４で発電される直流電力の少なくとも一部は、通常の車両走行においては、自動車用インバータ１８を介して自動車用モータ２０に供給される。自動車用インバータ１８は、パルス幅変調方式のＰＷＭインバータである。自動車用インバータ１８は、与えられる制御指令に応じて燃料電池１４またはバッテリ１６から出力される直流電力を三相交流電力に変換し、自動車用モータ２０へ供給する。自動車用モータ２０は、車輪（図示せず）を駆動するためのモータであり、例えば高回転高出力の埋込磁石型モータ（ＩＰＭ）である。

自動車１２は、燃料電池１４で生じた直流電力、またはバッテリ１６から放電される直流電力を外部に出力することができる外部出力端子２２を有する。この外部出力端子２２は、例えば、コンセントである。したがって、外部出力端子２２にプラグを差し込むことにより、自動車１２から直流電力を容易に取り出すことができる。

このような自動車１２を搭載する船１によれば、動力源が電気であるため、燃料を貯蔵する貯蔵タンクを省くことができる。よって、その省略されたスペースに自動車１２を搭載することができるので、より多くの自動車１２の運搬が可能になる。また、船１の動力源である電気は各自動車１２から供給されるので、電気を発電するための装置や電気を蓄えるバッテリなどを省くこともできる。

次に、本実施形態の船１に搭載される水素発生装置３０について、図２を用いて説明する。なお、この水素発生装置３０においては、自動車、列車、飛行機などの移動体より船１で使用するほうが有効である。

水素発生装置３０は、太陽電池３２と、電気分解装置３４と、水素供給手段３６とを有する。太陽電池３２は、太陽エネルギを電気に変換する電池であり、例えばアモルファス・シリコンにより構成される。太陽電池３２で生じた電気は、電気分解装置３４に供給される。なお、太陽電池３２で生じた電気は、太陽電池用バッテリ（図示せず）に蓄えてから電気分解装置３４に供給されてもよい。

電気分解装置３４は、電力により水を電気分解する装置である。電気分解装置３４には、太陽電池３２から電気が供給され、また、船１の周囲から海水または淡水（Ｈ₂Ｏ）（以降、単に水と記す）が汲み上げポンプ３８により汲み上げられて供給されて、その電気分解が行われる。電気分解により生成された水素（Ｈ₂）は、水素供給手段３６の水素タンク３６ａに貯蔵される。

水素供給手段３６は、電気分解装置３４により生じた水素を自動車１２の燃料電池１４にそれぞれ供給する手段であり、水素流路により構成される。水素タンク３６ａに貯蔵された水素は、水素流路を介して燃料電池１４に供給され、燃料電池１４で電気化学反応が行われる。

本実施形態における水素発生装置３０によれば、船１の周囲にある水により水素を効率的に生成することができる。また、航行中に燃料電池１４で使用される全ての水素を予め水素タンク３６ａに貯蔵する場合に比べ、水素タンク３６ａの容量を大幅に減少させることができる。よって、その減少したスペースに自動車１２を搭載することができるので、より多くの自動車１２の運搬が可能になる。

次に、船１に搭載される温度差発電装置４０について、図３を用いて説明する。なお、この温度差発電装置４０においては、自動車、列車、飛行機などの移動体より船１で使用するほうが有効である。

温度差発電装置４０は、燃料電池１４の排熱と、船１の周囲にある水との温度差を利用して発電する装置である。温度差発電装置４０は冷却液が循環する冷却液循環系４２と、流体が二相（液体と流体）に変化しながら自然循環する作動流体循環系４４とを有する。作動流体循環系４４の作動流体は、沸点の低い媒体、例えばアンモニアが用いられる。

冷却液循環系４２には、自動車１２の燃料電池１４がそれぞれ接続される。また、冷却液循環系４２には、冷却液を循環させる循環ポンプ４６が設けられており、循環ポンプ４６の動作により、冷却液は、電気化学反応で発熱する燃料電池１４の熱を除去し、燃料電池１４を冷却する。

冷却液循環系４２と作動流体循環系４４とは、加熱用熱交換器４８を介して熱的に接続される。すなわち冷却液循環系４２で燃料電池１４から除去した熱（排熱）が、加熱用熱交換器４８を介して作動流体循環系４４に移動する。加熱用熱交換器４８による熱の移動により、冷却液循環系４２においては冷却液が冷却され、一方作動流体循環系４４においては作動流体が加熱されて気化する。

作動流体循環系４４は、タービン５０を有する。タービン５０は、作動流体の運動エネルギを回転運動のエネルギに変換する装置であり、これに発電機（図示せず）が連結され発電を行う。また、作動流体循環系４４は、放熱用熱交換器５２を介して例えば海水または淡水内に熱的に接続される。すなわち作動流体循環系４４の作動流体の熱が、放熱用熱交換器５２を介して海水または淡水に移動する。放熱用熱交換器５２による熱の移動により、作動流体が冷却されて液化する。なお、本実施形態における作動流体循環系４４は、作動流体が自然循環する場合について説明したが、ポンプなどを用いて作動流体を強制的に循環させてもよい。

温度差発電装置４０の動作について説明する。まず燃料電池１４の排熱が加熱用熱交換器４８から作動流体循環系４４に移動し、受熱する作動流体が気化する。気化した作動流体は、タービン５０により仕事をし、これにより発電が行われる。その後、作動流体は、放熱用熱交換器５２で放熱し液化する。そして、作動流体は再び加熱用熱交換器４８に戻る。

タービン５０の動作により発電した電力は三相交流電力である。よって、この電力を船用モータ２に供給することができる。

本実施形態の温度差発電装置４０によれば、燃料電池１４の排熱と船１の周囲にある水との温度差を利用して効率よく発電を行うことができるので、動力源である電力を容易に確保することができる。

本実施形態に係る船の概略構成を示す図である。 水素発生装置の概略構成を示す図である。 温度差発電装置の概略構成を示す図である。

符号の説明

１ 船（自動車運搬用移動体）、１２ 自動車、１４ 燃料電池、２０ 自動車用モータ、３２ 太陽電池、３４ 電気分解装置、３６ 水素供給手段、４０ 温度差発電装置。

Claims (6)

1. 自動車を搭載して運搬する自動車運搬用移動体において、
   前記自動車は、これを駆動するモータに、発電して電力を供給する燃料電池を有し、
   前記燃料電池により生じた電力を前記移動体の動力源とする、
   ことを特徴とする自動車運搬用移動体。
2. 請求項１に記載の自動車運搬用移動体において、
   前記燃料電池は、水素と酸素を電気化学反応させて発電を行う電池である、
   ことを特徴とする自動車運搬用移動体。
3. 請求項２に記載の自動車運搬用移動体において、
   太陽エネルギを電気に変換する太陽電池と、
   前記太陽電池により生じた電力で水を電気分解する電気分解手段と、
   前記電気分解手段により生じた水素を前記燃料電池に供給する水素供給手段と、
   を有することを特徴とする自動車運搬用移動体。
4. 請求項１から３のいずれか１に記載の自動車運搬用移動体において、
   前記移動体が船であることを特徴とする自動車運搬用移動体。
5. 請求項３に記載の自動車運搬用移動体において、
   前記移動体が船であり、
   前記電気分解手段は海水または淡水を電気分解することを特徴とする自動車運搬用移動体。
6. 請求項４または５に記載の自動車運搬用移動体において、
   前記燃料電池の排熱と、海水または淡水との温度差を利用して発電する温度差発電装置を有し、
   前記温度差発電装置により生じた電力を前記移動体の動力源とすることを特徴とする自動車運搬用移動体。

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